Modul 07
PERHITUNGAN SALURAN DAN DRAINASE
DIKLAT TEKNIS PERENCANAAN IRIGASI TINGKAT DASAR
2016
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya validasi dan penyempurnaan Modul Perhitungan Saluran dan Drainase sebagai Materi Substansi dalam Diklat Teknis Perencanaan Irigasi Tingkat Dasar. Modul ini disusun untuk memenuhi kebutuhan kompetensi dasar Aparatur Sipil Negara (ASN) di bidang Sumber Daya Air (SDA).
Modul Perhitungan Saluran dan Drainase disusun dalam 8 (delapan) bab yang terbagi atas Pendahuluan, Materi Pokok, dan Penutup. Penyusunan modul yang sistematis diharapkan mampu mempermudah peserta pelatihan dalam memahami Perencanaan Saluran dan Drainase dalam perencanaan irigasi. Penekanan orientasi pembelajaran pada modul ini lebih menonjolkan partisipasi aktif dari para peserta.
Akhirnya, ucapan terima kasih dan penghargaan kami sampaikan kepada Tim Penyusun dan Narasumber Validasi, sehingga modul ini dapat diselesaikan dengan baik. Penyempurnaan maupun perubahan modul di masa mendatang senantiasa terbuka dan dimungkinkan mengingat akan perkembangan situasi, kebijakan dan peraturan yang terus menerus terjadi. Semoga Modul ini dapat memberikan manfaat bagi peningkatan kompetensi ASN di bidang SDA.
Bandung, Desember 2016 Kepala Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Sumber Daya Air dan Konstruksi
Dr. Ir. Suprapto, M.Eng.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... ii
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ... vii BAB I PENDAHULUAN ... I-1 1.1. Latar Belakang ... I-1 1.2. Deskripsi singkat ... I-1 1.3. Tujuan Pembelajaran ... I-1 1.3.1 Kompetensi Dasar ... I-1 1.3.2 Indikator Keberhasilan ... I-1 1.4. Materi Pokok ... I-2 1.5. Estimasi Waktu ... I-2 BAB II DATA PERENCANAAN IRIGASI... II-1
2.1. Data Topografi ... II-1 2.2. Kapasitas Rencana ... II-2 2.2.1. Debit Rencana ... II-2 2.2.2. Kebutuhan air sawah ... II-3 2.2.3. Efisiensi ... II-3 2.2.4. Rotasi teknis (sistem golongan) ... II-5 2.3. Data Geoteknik ... II-6 2.4. Data Sedimen ... II-7 2.5. Latihan ... II-8 2.6. Rangkuman... II-8 BAB III SALURAN TANAH TANPA PASANGAN ... III-1
3.1. Perencanaan Saluran yang Stabil ...III-1 3.2. Rumus dan Kriteria Hidrolis ...III-4 3.2.1. Rumus aliran ...III-4 3.2.2. Koefisien kekasaran strikler ...III-5 3.2.3. Sedimentasi ...III-7
3.2.4. Erosi ...III-8 3.3. Potongan Melintang Saluran ...III-11 3.3.1. Geometri ...III-11 3.3.2. Kemiringan saluran ...III-11 3.3.3. Lengkung saluran ...III-13 3.3.4. Tinggi jagaan ...III-13 3.3.5. Lebar tanggul...III-14 3.3.6. Batas pembebasan tanah (right of way)...III-15 3.4. Potongan Memanjang ...III-17 3.4.1. Muka air yang diperlukan ...III-17 3.4.2. Kemiringan memanjang ...III-18 3.5. Latihan ...III-21 3.6. Rangkuman...III-21 BAB IV SALURAN PASANGAN ... IV-1
4.1. Kegunaan Saluran Pasangan ... IV-1 4.2. Jenis-jenis Pasangan ... IV-2 4.3. Perencanaan Hidrolis ... IV-5 4.3.1. Kecepatan maksimum ... IV-5 4.3.2. Koefisien kekasaran ... IV-6 4.3.3. Perencanaan untuk aliran subkritis ... IV-6 4.3.4. Lengkung saluran ... IV-8 4.3.5. Tinggi jagaan ... IV-8 4.4. Latihan ... IV-8 4.5. Rangkuman... IV-8 BAB V TEROWONGAN DAN SALURAN TERTUTUP ... V-1
5.1. Pemakaian ... V-1 5.2. Bentuk dan Kriteria Hidrolis ... V-2 5.2.1. Terowongan ... V-2 5.2.2. Saluran penutup ... V-8 5.3. Perencanaan Hidrolis ... V-10 5.4. Latihan ... V-15 5.5. Rangkuman... V-15 BAB VI DATA PERENCANAAN SALURAN PEMBUANG ... VI-1
6.1. Data Topografi ... VI-1 6.2. Debit Rencana ... VI-1 6.2.1. Jaringan pembuang ... VI-1 6.2.2. Kebutuhan pembuang untuk tanaman padi ... VI-3 6.2.3. Kebutuhan pembuang untuk sawah padi ... VI-7 6.2.4. Debit pembuang ... VI-10 6.3. Data Mekanika Tanah ... VI-11 6.4. Latihan ... VI-12 6.5. Rangkuman... VI-12 BAB VII PERENCANAAN SALURAN PEMBUANG ... VII-1
7.1. Perencanaan Saluran Pembuang yang Stabil ... VII-1 7.2. Rumus dan Kriteria Hidrolis ... VII-2 7.2.1. Rumus aliran ... VII-2 7.2.2. Koefisien kekasaran Strickler ... VII-3 7.2.3. Kecepatan Maksmum yang Diizinkan ... VII-4 7.2.4. Tinggi Muka Air ... VII-5 7.3. Potongan Melintang Saluran Pembuang ... VII-7 7.3.1. Geometri ... VII-7 7.3.2. Kemiringan talud saluran pembuang ... VII-7 7.3.3. Lengkung saluran pembuang ... VII-8 7.3.4. TInggi jagaan ... VII-8 7.4. Latihan ... VII-9 7.5. Rangkuman... VII-9 BAB VIII PENUTUP ... VIII-1 8.1. Simpulan ... VIII-1 8.2. Tindak Lanjut ... VIII-1 DAFTAR PUSTAKA ... viii GLOSARIUM ... ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 – Sistem kebutuhan air ... II-4
Tabel 3. 1 - Taylor’s Stability Numbers ... III-4 Tabel 3. 2 – Harga-harga koefisien Stikler (k) untuk saluran irigasi tanah ... III-7 Tabel 3. 3 – Kemiringan minimum talut untuk berbagai bahan tanah ... III-12 Tabel 3. 4 kemiringan talud minimum untuk saluran yang dipadatkan dengan baik ... III-12 Tabel 3. 5 – Tinggi jagaan minimum untuk saluran tanah ... III-14 Tabel 3. 6 – Lebar minimum tanggul... III-14
Tabel 4. 1 – Harga-harga koefisien tanah rembesan C... IV-2 Tabel 4. 2 - Harga-harga kemiringan talud untuk saluran pasangan ... IV-7 Tabel 4. 3 – Tinggi jagaan untuk saluran pasangan ... IV-8 Tabel 5. 1 – Klasifikasi tipe terowongan ... V-5 Tabel 5. 2 – Tebal pasangan dari beton dalam cm ... V-8 Tabel 5. 3 – Kedalaman minimum penutup (m) pada potongan terowongan ... V-9 Tabel 5. 4 – Harga-harga kecepatan maksimum dan k (Strickler) ... V-10 Tabel 5. 5 – Harga-harga Kb untuk siku ... V-14
Tabel 6. 1 - Harga harga koefisien limpasan air hujan untuk perhitungan Qd ... VI-9
Tabel 7. 1 - Koefisien kekasaran Strikcler untuk saluran pembuang. ... VII-3 Tabel 7. 2 – Kemiringan talud minimum saluran pembuang ... VII-8 Tabel 7. 3 – Jari-jari lengkung saluran pembuang tanah ... VII-8
DAFTAR GAMBAR
Gambar III. 1 – Parameter potongan melintang ... III-5 Gambar III. 2 – Kecepatan-kecepatan dasar untuk tanah koheren ... III-9 Gambar III. 3 – Faktor-faktor koreksi terhadap kecepatan dasar ... III-9 Gambar III. 4 - Tipe-tipe potongan melintang saluran irigasi ... III-16 Gambar III. 5 – Tinggi bangunan sadap tersier yang diperlukan ... III-17
Gambar IV. 1 – Tipe-tipe pasangan ... IV-5
Gambar V. 1 – Bentuk-bentuk potongan melintang terowongan ... V-3 Gambar V. 2 – Bentuk-bentuk pasangan melintang terowongan ... V-6 Gambar V. 3 – Harga-harga kehilangan tinggi energy masuk dan keluar ... V-13 Gambar V. 4 – Harga-harga Kb untuk tikungan 90° pada saluran tertutup (USBR) ... V-13 Gambar V. 5 – Faktor koreksi untuk koefisien kehilangan di tikungan pada saluran tertutup ... V-14
Gambar VI. 1 - Contoh perhitungan modulus pembuang ... VI-6 Gambar VI. 2 – Faktor pengurangan luas areal yang dibuang airnya ... VI-7
Gambar VII. 1 - Koefisien koreksi untuk berbagai periode D ... VII-4 Gambar VII. 2 - Tipe – tipe melintang saluran pembuang ... VII-6 Gambar VII. 3 - Tinggi jagaan untuk saluran pembuang (dari USBR) ... VII-9
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL
Deskripsi
Modul Perhitungan Saluran dan Drainase ini terdiri dari enam kegiatan belajar mengajar. Kegiatan belajar pertama membahas Data Perencanaan Irigas.
Kegiatan belajar kedua membahas Saluran Tanah Tanpa Pasangan. Kegiatan belajar ketiga membahas Saluran Pasangan. Kegiatan belajar keempat membahas Terowongan dan Saluran Tertutup. Kegiatan belajar kelima membahas Data Perencanaan Saluran Pembuang. Kegiatan belajar keenam membahas Perencanaan Saluran Pembuang.
Peserta diklat mempelajari keseluruhan modul ini dengan cara yang berurutan. Pemahaman setiap materi pada modul ini diperlukan untuk memahami Perencanaan Irigasi. Setiap kegiatan belajar dilengkapi dengan latihan atau evaluasi yang menjadi alat ukur tingkat penguasaan peserta diklat setelah mempelajari materi dalam modul ini
Persyaratan
Dalam mempelajari modul pembelajaran ini, peserta diklat diharapkan dapat menyimak dengan seksama penjelasan dari pengajar, sehingga dapat memahami dengan baik materi yang merupakan dasar dari Perencaaan Irigasi. Untuk menambah wawasan, peserta diharapkan dapat membaca terlebih dahulu peraturan/kebijakan yang berlaku.
Metode
Dalam pelaksanaan pembelajaran ini, metode yang dipergunakan adalah dengan kegiatan pemaparan yang dilakukan oleh Widyaiswara/Fasilitator, adanya kesempatan tanya jawab, curah pendapat, bahkan diskusi
Alat Bantu/Media
Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran ini, diperlukan Alat Bantu/Media pembelajaran tertentu, yaitu: LCD/projector, Laptop, white board dengan spidol dan penghapusnya, bahan tayang, serta modul dan/atau bahan ajar.
Kompetensi Dasar
Setelah mengikuti pembelajaran ini peserta diklat diharapkan mampu memahami perhitungan saluran dan drainase pada system jaringan irigasi.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perencanaan saluran yang disajikan disini untuk saluran gravitasi terbuka jaringan irigasi yang cocok untuk mengairi tanaman padi, yang umumnya merupakan tanaman pokok, maupun untuk budidaya tanaman- tanaman ladang (tegalan). Perbedaan besarnya kebutuhan air antara padi sawah dan tanaman ladang/upland crop merupakan perbedaan utama pada ketinggian jaringan utama.
Secara matematis, perencanaan saluran sangat kompleks terutama untuk saluran tanah tanpa pasangan. Penentuan koefisien kekasaran tidaklah mudah, factor-faktor erosi dan sedimentasi banyak mempengaruhi terhadap kestabilan saluran sehingga mempengaruhi terhadap kestabilan saluran sehingga perlu dipertimbangkan dengan seksama.
1.2. Deskripsi singkat
Mata pendidikan dan pelatihan ini menjelaskan tentang perencanaan saluran primer pada jaringan irigasi yang meliputi : data perencanaan, saluran tanah tanpa pasangan, saluran pasangan, terowongan dan saluran tertutup, data perencanaan pembuang dan perencanaan saluran pembuang.
1.3. Tujuan Pembelajaran 1.3.1 Kompetensi Dasar
Setelah mengikuti pembelajaran ini peserta diklat diharapkan mampu memahami perhitungan saluran dan drainase pada system jaringan irigasi.
1.3.2 Indikator Keberhasilan
Setelah pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu:
a) Menjelaskan data perencanaan irigasi b) Menjelaskan saluran tanah tanpa pasangan c) Menjelaskan saluran pasangan
d) Menjelaskan terowongan dan saluran tertutup e) Menjelaskan data perencanaan saluran pembuang f) Menjelaskan perencanaan saluran pembuang 1.4. Materi Pokok
Dalam modul perhitungan saluran dan drainase ini akan membahas materi:
a) Data perencanaan irigasi b) Saluran tanah tanpa pasangan c) Saluran pasangan
d) Terowongan dan saluran tertutup e) Data perencanaan saluran pembuang f) Perencanaan saluran pembuang
1.5. Estimasi Waktu
Alokasi waktu yang diberikan untuk pelaksanaan kegiatan belajar mengajar untuk mata diklat “Perhitungan Saluran dan Drainase” ini adalah 10 (sepuluh) jam pelajaran (JP) atau sekitar 450 menit.
BAB II
DATA PERENCANAAN IRIGASI
Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan data perencanaan irigasi
2.1. Data Topografi
Data topografi yang diperlukan ialah :
a) Peta dengan garis-garis ketinggian dan tata letak jaringan irigasi dengan skala 1 : 25.000 dan 1:5.000.
b) Peta situasi trase saluran berskala 1 : 2.000 dengan garis-garis ketinggian pada interval 0,5 m untuk daerah datar dan 1,0 m untuk daerah berbukit- bukit.;
c) Profil memanjang skala horizontal 1 : 2.000 dan skala vertikal 1 : 200 (skala 1 : 100 untuk saluran berkapasitas kecil, bilamana diperlukan).
d) Potongan melintang pada skala horizontal dan vertikal 1 : 200 ( atau 1 :100 untuk saluran – saluran berkapasitas kecil) dengan interval 50 m untuk bagian lurus dan interval 25 m pada bagian tikungan;
e) Peta lokasi titik tetap/benchmark, termasuk deskripsi benchmark.
Penggunaan peta-peta udara dan foto (ortofoto dan peta garis) yang dilengkapi dengan garis ketinggian akan sangat besar artinya untuk perencanaan tata letak dan trase saluran.
Data pengukuran topografi dan saluran yang disebutkan diatas merupakan data akhir untuk perencanaan detail saluran. Letak trase saluran sering dapat ditetapkan setelah membandingkan-bandingkan beberbagai alternatif. Informasi yang diperoleh dari pengukuran trase saluran dapat dipakai untuk peninjauan trase pendahuluan, misalnya pemindahan as
saluran perubahan tikungan saluran. Letak as saluran pada silangan dengan saluran pembuang (alamiah) sering sulit ditentukan secara tepat dengan menggunakan peta topografi, sebelum diadakan pengukuran saluran. Letak akhir bangunan utama dan bangunan silang tersebut hanya dapat ditentukan berdasarkan survai lapangan (dengan skala 1:200 atau 1:500)
Lokasi trase saluran garis tinggi akan lebih bayak dipengaruhi oleh keadaan topografi setempat daripada saluran yang mengikuti punggung medan.
Saluran-saluran sekunder sering mengikuti punggung medan. Pengukuran trase untuk saluran tipe ini dapat dibatasi sampai pada lebar 75 m yang memungkinkan penempatan as saluran dan perencanaan potongan melintang dengan baik. Untuk saluran garis tinggi, lebar profil yang serupa cukup untuk memberikan perencanaan detail. Akan tetapi, karena menentukan as saluran dari sebuah peta topgorafi sebelum pengukuran saluran lebih sulit, pengukuran peta trase umumnya ditentukan dengan as saluran yang ditentukan dengan lapangan.
2.2. Kapasitas Rencana 2.2.1. Debit Rencana
Debit rencana sebuah saluran dihitung dengan rumus umum berikut :
𝑄 = 𝐶 𝑁𝐹𝑅. 𝐴 𝐸
Di mana :
Q = debit rencana, 1/dt
C = Koefisien pengurangan karena adanya sistem golongan, ( lihat pasal 224).
NFR = Kebutuhan bersih (netto) air di sawah, m. 1dt.ha A = Luas daerah yang dialiri, ha
E = Efesiensi irigasi secara keseluruhan.
Jika air yang dialiri oleh jaringan saluran juga untuk keperluan selain irigasi, maka debit rencana harus ditambah dengan jumlah yang dibutuhkan untuk keperluan itu, dengan memperhitungkan efesiensi pengaliran.
2.2.2. Kebutuhan air sawah
Kebutuhan air di sawah untuk padi ditentukan oleh factor-faktor berikut : a) Cara penyiapan lahan
b) Kebutuhan air untuk tanaman c) Perkolasi dan rembesan d) Pergantian lapisan air, dan e) Curah hujan efektif.
Kebutuhan total air di sawah (GFR) mencakup faktor 1 sampai 4. Kebutuhan bersih (netto) air sawah (NFR) juga memperhitungkan curah hujan efektif
Besarnya kebutuhan air di sawah bervariasi menurut tahap pertumbuhan tanaman dan bergantung cara perolehan lahan. Besarnya kebutuhan air sawah dinyatakan dalam mm/hari.
Besarnya kebutuhan air disawah untuk tanaman ladang dihitung seperti pada perhitungan kebutuhan air untuk padi. Ada berbagai harga yang dapat diterapkan untuk kelima faktor di atas.
2.2.3. Efisiensi
Untuk tujuan-tujuan perencanaan, dianggap bahwa seperempat sampai sepertiga dari jumlah air yang diambil akan hilang sebelum air itu sampai di sawah. Kehilangan ini disebabkan oleh kegiatan eksploitasi, evaporasi dan perembesan. Kehilangan akibat evaporasi dan perembesan umumnya kecil saja jika dibandingkan dengan jumlah kehilangan akibat kegiatan eksploitasi. Perhitungan rembesan hanya dilakukan apabila kelulusan tanah cukup tinggi.
Pada umunya kehilangan air di jaringan irigasi dapat dibagi-bagi sebagai berikut :
a) 15 - 22,5 % petak tresier, antara bangunan sadap tresier dan sawah
b) 7,5 – 12,5% di saluran sekunder c) 7,5 – 12,5% di saluran utama
Efesiensi secara keseluruhan (total) dihitung sebagai berikut : Efesiensi jaringan tresier (et) x efesiensi jaringan sekunder (es) efesiensi jaringan primer (ep) dan antara 0,59 -0,73. Oleh karena itu, kebutuhan bersih air sawah (NFR) harus dibagi e untuk memperoleh jumlah air yang dibutuhkan di bangunan pengambilan dari sungai. Faktor-faktor efesiensi yang diharapkan untuk perhitungan saluran disajikan pada table 2.1.
Tabel 2. 1 – Sistem kebutuhan air
Kehilangan yang sebenarnya di dalam jaringan bisa jauh lebih tinggi, dan efesiensi yang sebenarnya yang terkisar antara 30 sampai 40 % kadang- kadang lebih realistis, apalagi pada waktu-waktu kebutuhan air rendah.
Tingkat Kebutuhan air Satuan
Sawah Petak Tresier
Petak sekunder
Petak Primer
Bendung
NFR (kebutuhan bersih air di sawah)
TOR (Kebutuhan air dibangunan sadap tresier)
(NFR x luas daerah) x 1 et SOR (kebutuhan air
dibangunan sadap sekunder)
∑TOR x 1 es
MOR (kebutuhan air di bangunan sadap primer)
∑ TORmc1 x 1
e p DR (kebutuhan divisi) MOR sisi kiri dan MOR sisi kanan
(l/dt/ha)
(l/dt/ha)
(l/dt/ atau m3 /dt)
(l/dt/ atau m3/dt)
(l/dt/ atau m3 /dt)
Walaupun demikian, tidak disarankan untuk merencanakan jaringan saluran dengan efesiensi yang rendah itu. Setelah beberapa tahun diharapkan efesiensi akan dapat dicapai. Kesulurahan efesiensi irigasi yang dibutuhkan di atas, dapat dipakai pada proyek-proyek irigasi yang sumber airnya terbatas dengan luas daerah yang dialiri sampai 10.000 ha. Harga-harga efesiensi yang lebih tinggi (sampai maksimum 75 %) dapat diambil untuk proyek- proyek irigasi yang sangat kecil atau proyek irigasi yang airnya diambil dari waduk yang dikelola dengan baik.
Di daerah yang baru dikembangkan, sebelumnya tidak ditanami padi, dalam tempo 3 - 4 tahun pertama kebutuhan air di sawah akan lebih tinggi dari pada kebutuhan air di masa-masa sesudah itu.
Kebutuhan air di sawah bisa menjadi 3 sampai 4 kali lebih tinggi dari pada yang terencana. Ini untuk menstabilkan keadaan tanah itu. Dalam hal-hal seperti ini, kapasitas rencana saluran harus didasarkan pada kebutuhan air maksimum dan pelaksanaan proyek itu harus dilakukan secara bertahap.
Oleh sebab itu, luas daerah irigasi harus didasarkan pada kapasitas jaringan saluran dan akan diperluas setelah kebutuhan air di sawah berkurang.
Untuk daerah irigasi yang besar, kehilangan-kehilangan air akibat perembesan dan evaporasi sebaiknya dihitung secara terpisah dan kehilangan-kehilangan lain harus diperkirakan.
2.2.4. Rotasi teknis (sistem golongan)
Keuntungan-keuntungan yang dapat diperoleh dari sistem golongan teknis adalah :
a) berkurangnya kebutuhan pengambilan puncak (koefisien pengurangan rotasi)
b) kebutuhan pengambilan bertambah secara berangsur-rangsur pada awal waktu pemberian air irigasi (pada periode penyiapan lahan), seiring dengan makin bertambahnya debit sungai; kebutuhan pengambilan puncak dapat ditunda.
Sedangkan hal-hal yang tidak menguntungkan adalah : a) timbulnya komplikasi sosial
b) eksploitasi lebih rumit
c) kehilangan air akibat eksploitasi sedikit lebih tinggi, dan
d) jangka waktu irigasi untuk tanaman pertama lebih lama, akibatnya lebih sedikit waktu tersedia untuk tanaman kedua.
Agar kebutuhan pengambilan puncak dapat dikurangi, maka areal irigasi harus dibagi bagi menjadi sekurang-kurangnya tiga atau empat golongan dan tidak lebih dari 5 atau 6 golongan. Dengan sendirinya hal ini agak mempersulit eksploitasi jaringan irigasi. Lagi pula usaha pengurangan debt puncak mengharuskan diperkenalkannya sistem rotasi.
Karena alas an-alasan diatas, biasanya untuk proyek irigasi tertentu yang mencakup daerah yang bisa dialiri seluas 10.000 ha dan menagambil air langsung dari sungai, tidak ada pengurangan debit rencana (koefisien pengurangan c = 1), Pada jaringan yang telah ada, faktor pengurangan c<1 mungkin dipakai sesuai dengan pengalaman O & P.
2.3. Data Geoteknik
Hal utama yang harus diperhatikan dalam perencanaan saluran adalah stabilitas tanggul, kemiringan talud galian serta rembesan ke dan dari saluran. Data tanah yang diperoleh dari hasil penyelidikan tanah pertanian akan memberikan petunjuk umum mengenai sifat-sifat tanah di daerah trase saluran yang direncanakan.
Perhatian khusus diberikan kepada daerah-daerah yang mengadung.
a) batu singkapan
b) lempung tak stabil yang platisitasnya tinggi
c) tanah gambut dan bahan-bahan organik d) pasir dan kerikil
e) bahan (tanah) timbunan yang cocok f) muka air tanah.
Pengujian gradasi dan batas cair terhadap bahan-bahan sampel pada umumnya akan menghasilkan klasifikasin yang memadai untuk perencanaan talud galian dan timbunan. Untuk talud yang tinggi (lebih dari 5m) diperlukan analisis yang mendetail mengenai sifat-sifat tanah. Klasifikasi menurut Unified Soil Classification USBR akan memberikan data yang diperlukan untuk perencanaan saluran.
Klasifikasinya ini disajikan pada tabel 4.3.1. Lampiran 3, termasuk batas– batas Atterberg.
Sumuran uji pengambilan sampel dengan bor tangan, yang digali sampai kedalaman tertentu di bawah ketinggian dasar saluran, harus dibuat dengan interval 1 km. Interval ini harus dikurangi jika tanah pada trase itu sangat bervariasi. Pemeriksaan visual dan tes kelulusan juga harus dilakukan, jika memang perlu.
Pengujian tanah di lokasi bangunan saluran pada umunya akan menambah informasi mengenai sifat-sifat tanah di dalam trase.
2.4. Data Sedimen
Data sedimen diperiksa untuk perencanaan jaringan pengambilan di sungai dan kantong lumpur. Bangunan pengambilan dan kantong lumpur akan direncanakan agar mampu mencegah masuknya sedimen kasar ( >
0,06 – 0,07 mm ) kedalam jaringan saluran.
Untuk perencanaan saluran irigasi yang mantap kita harus mengetahui konsentrasi sedimen pada pembagian (distribusi) ukuran butirannya. Data ini akan menentukan factor-faktor untuk perencanaan
kemiringan saluran dan potongan melintang yang mantap, dimana sedimentasi dan erosi harus tetap berimbang dan terbatas.
Faktor yang menyulitkan adalah keanekaragaman dalam hal waktu dan jumlah sedimen di sungai, Selama aliran rendah konsentrasi kecil, dan selama debit puncak konsentrasi meningkat. Perubahan-perubahan ini tidak dihubungkan dengan variasi dalam kebutuhan air irigasi. Pola yang dominan tidak dapat diramalkan..
Lebih-lebih lagi, data sedimen untuk kebanyakan sungai hampir tidak tersedia, atau hanya meliputi data hasil pengamatan yang diadakan secara insidentil. Selanjutnya pemilihan kondisi rencana hanya merupakan taksiran dari kondisi yang sebenarnya.
2.5. Latihan
1. Jelaskan dengan singkat data topografi yang diperukan untuk perencanaan irigasi!
2. Sebutkan factor-faktor kebutuhan air disawah!
3. Jelaskan pembagian kehilangan air di jaringan irigasi!
2.6. Rangkuman
Data yang diperlukan untuk perencanaan irigasi:
1. Data topografi 2. Kapasitas rencana 3. Data geoteknik 4. Data sedimen
BAB III
SALURAN TANAH TANPA PASANGAN
Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan saluran tanah tanpa pasangan
3.1. Perencanaan Saluran yang Stabil
Untuk pengaliran air irigasi, saluran berpenampang trapezium tanpa pasangan adalah bangunan pembawa yang paling umum dipakai dan ekonomis. Perencanaan saluran harus memberikan penyelesaian biaya pelaksanaan dan pemeliharaan yang paling rendah. Erosi dan sedimentasi disetiap potongan melintang harus minimal dan berimbang sepanjang tahun. Ruas-ruas saluran harus mantap.
Sedimentasi (pengendapan) di dalam saluran dapat terjadi apabila kapasitas angkut sedimennya berkurang. Dengan menurunnya kapasitas debit di bagian hilir dari jaringan saluran, adalah penting untuk menjaga agar kapasitas angkutan sedimen per satuan debit (kapasitas angkutan sedimen relatif) tetap sama atau sedikit lebih besar.
Sedimen yang memasuki jaringan saluran biasanya hanya mengandung partikel- partikel lempung dan lanau melayang saja (lempung dan lanau dengan d < 0,06 – 0,07 mm). Partikel yang lebih besar, kalau terdapat di dalam air irigasi, akan tertangkap di kantong lumpur di bangunan utama.
Kantong Lumpur harus dibuat jika jumlah sedimen yang masuk kedalam jaringan saluran dalam setahun yang tidak terangkut kesawah (partikel yang lebih besar dari 0,06 – 0,07 mm), lebih dari 5 % dari kedalaman air di seluruh jaringan saluran. Jadi, volume sedimen adalah 5 % dari kedalaman air kali lebar dasar saluran kali panjang total saluran.
Gaya ereosi diukur dengan gaya geser yang ditimbulkan oleh air di dasar dan lereng saluran. Untuk mencegah terjadinya erosi pada potongan melintang gaya geser ini harus tetap dibawah batas kritis. Dalam modul
ini dipakai kecepatan aliran harga-harga maksimum yang diizinkan, bukan gaya geser, sebagai parameter pokok yang harus ditentukan apabila kapasitas rencana yang diperlukan sudah diketahui, yaitu :
a) perbandungan kedalaman air dengan lebar dasar b) kemiringan memanjang
Rumus aliran hidrolis menentukan hubungan antara potongan melintang dan kemiringan memanjang. Sebagai tambahan, perencanaan harus mengikuti kriteria angkutan sedimen dan air membatasi kebebasan untuk memilih perameter-parameter diatas.
Ruas saluran di dekat bangunan utama mementukan persyaratan pengangkutan sedimen ruas-ruas saluran lebih jauh ke hilir pada jaringan itu. Untuk mencegah sedimentasi, ruas saluran hilir harus direncana dengan kapasitas angkut sedimen relatif yang, paling tidak, sama dengan ruas hulu. Di lain pihak gaya erosi harus tetap di bawah batas kritis untuk saluran di jaringan tersebut.
Untuk perencanaan saluran, ada tiga keadaan yang harus dibedakan sehubungan dengan terdapatnya sedimen dalam air irigasi dan bahan tanggul.
a) Air tanpa sedimen di saluran tanah.
Keadaan ini akan terjadi bila air diambil dari waduk secara langsung.
Perencanaan saluran sekarang banyak dipengaruhi oleh kriteria erosi dan dengan demikian oleh kecepatan maksimum aliran yang dizinkan.
Besarnya kecepatan ini bertgantung kepada bahan permukaan saluran.
b) Air irigasi bersedimen di saluran pasangan
Perencanaan saluran dipengaruhi oleh persyaratan pengangkutan sedimen melalui jaringan dan dengan demikian kriteria angkutan sedimen mempengaruhi perencanaan untuk lebih jelasnya lihat BAB IV.
c) Air bersedimen di sluran tanah
Masalah sedimen dan tanah adalah situasi yang paling umum dijumpai dalam pelaksanaan irigasi di Indonesia. Kini perencanaan irigasi sangat dipengaruhi oleh kriteria erosi dan angkutan sedimen.
Biasanya sedimentasi memainkan peranan penting dalam perencanaan saluran primer. Saluran ini sering direncana sebagai saluran garis tinggi dengan kemiringan dasar yang terbatas. Saluran sekunder yang dicabangkan dari saluran primer dan mengikuti punggung sering mempunyai kemiringan dasar sedang dan dengan demikian kapasitas angkut sedimen relif lebih tinggi, sehingga kriteria erosi bisa menjadi faktor pembatas.
d) Rapid Drawdown
Dalam perencanaan saluran hal lain yang penting dan harus diperhatikan adalah kondisi rapid drawdown, yaitu suatu keadaan dimana saluran dalam kondisi penuh air (full bank), kemudian secara mendadak (cepat) muka air turun, hal ini akan menimbulkan bahaya longsoran dari tebing saluran tersebut.
Untuk mengatasinya perlu mempertimbangkan beberapa parameter dalam mendesain untuk kasus seperti ini, adalah sebagai berikut : 1) Fs = angka keamanan
2) Ns = Taylor’s stability numbers, koefisien hububgan antara 3) α = sudut kemiringan tebing
4) µ = sudut geser dalam dari jenis tanah saluran 5) cu = kohesi dari jenis tanah salura
6) c = berat jenis jenis tanah saluran 7) H = kedalaman saluran
𝐹
𝑠= 𝐶
𝑢𝑁
𝑠∙ 𝐻
Keterangan:
Fs < 1 : kondisi sangat berbahaya Fs = 1 : kondisi kritis
Fs > 1 : kondisi aman
Tabel 3. 1 -
0 5 10 15 20 25
90 0,261 0,239 0,218 0,199 0,180 0,170
75 0,219 0,195 0,173 0,152 0,130 0,120
60 0,191 0,162 0,138 0,116 0,100 0,080
45 0,170 0,136 0,108 0,083 0,070 0,045
30 0,156 0,110 0,075 0,046 0,028 0,010
15 0,145 0,068 0,023 0,025 - -
3.2. Rumus dan Kriteria Hidrolis 3.2.1. Rumus aliran
Untuk perencanaan ruas, aliran saluran dianggap sebagai aliran tetap, dan untuk itu diterapkan rumus Strickler.
𝑉 = 𝑘 𝑅2⁄3 𝐼1⁄2 𝑅 = 𝐴
𝑃
𝐴 = (𝑏 + 𝑚ℎ)ℎ
𝑃 = 𝑏 + 2ℎ √𝑚3+ 1 𝑄 = 𝑉𝐴
𝑏 = 𝑛ℎ Dimana:
Q = debit saluran, m3/dt
V = kecepatan aliran, m/dt
A = potongan melintang aliran, m2 R = jari-jari hidrolis, m
P = keliling basah, m b = lebar dasar, m h = tinggi air, m
I = kemiringan energi (kemiringan saluran) k = koefisien kekerasan Strickler, m1/3 / dt m = kemiringan talud (1 vertikal : m horizontal)
Gambar III. 1 – Parameter potongan melintang
Rumus aliran diatas juga dikenal sebagai rumus Manning. Koefisien kekasasaran Manning (“n”) mempunyai harga bilangan 1 dibagi dengan k.
3.2.2. Koefisien kekasaran strikler
Koefisien kekasaran bergantung kepada factor-faktor berikut : a) kekasaran permukaan saluran
b) ketidakteraturan permukaan saluran c) trase
d) vegetasi ( tetumbuhan ), dan e) sedimen
Bentuk dan besar/kecilnya partikel di permukaan saluran merupakan ukuran kekasaran. Akan tetapi, umtuk saluran tanah ini hanya merupakan bagian kecil saja dari kekasaran total.
Pada saluran irigasi, ketidakteraturan permukaan yang menyebabkan perubahan dalam keliling basah dan potongan melintang mempunyai pengaruh yang lebih penting pada koefisien kekasasaran saluran daripada kekasaran permukaan.
Perubahan-perubahan mendadak pada permukaan saluran akan memperbesar koefisien kekasaran. Perubahan-perubahan ini dapat disebabkan oleh penyelesaian konstruksi saluran yang jelek atau karena erosi pada talud saluran. Terjadinya riak – riak di dasar saluran akibat interaksi aliran di perbatasannya juga berpengaruh terhadap kekasaran saluran.
Pengaruh vegetasi terhadap resistensi sudah jelas, panjang dan kerapatan vegitasi adalah faktor-faktor yang menentukan. Akan tetapi tinggi air dan kecepatan aliran sangat membatasi pertumbuhan vegetasi.
Vegetasi diandaikan minimal untuk harga-harga k yang dipilih dan dipakai dalam perencanaan saluran.
Pengaruh trase saluran terhadap koefisien kekasaran dapat diabaikan, karena dalam perencanaan saluran ranpa pasangan akan dipakai tikungan jari-jari besar.
Pengaruh factor-faktor diatas terhadap koefisien kekasaran saluran akan bervariasi menurut ukuran saluran. Ketidakteraturan pada permukaan akan menyebabkan perubahan kecil di daerah potongan melintang di saluran yang besar ketimbang di saluran kecil.
Koefisien-koefisien kekasaran untuk perencanaan saluran irigasi disajikan pada table 3.1.
Apakah harga-harga itu akan merupakan harga-harga fisik yang sebenarnya selama kegiatan eksploitasi, hal ini sangat tergantung pada kondisi pemeliharaan saluran. Penghalusan permukaan saluran dan menjaga agar saluran bebas dari vegetasi lewat pemeliharaan rutin akan sangat berpengaruh pada koefisien kekakasaran dan kapasitas debit saluran.
Tabel 3. 2 – Harga-harga koefisien Stikler (k) untuk saluran irigasi tanah Debit rencana
m3/dt
k m1/3/dt Q>10
5<Q<10 1<Q<5
Q<1 dan saluran tresier
45 42,5
40 35
3.2.3. Sedimentasi
Kecepatan minimum yang diizinkan adalah kecepatan terendah yang tidak akan menyebabkan pengendapan partikel dengan diameter maksimum yang diizinkan (0,06 – 0,07 mm).
Tetapi secara kualitas baru sedikit yang diketahui mengenai hubungan antara karakteristik aliran dan sedimen yang ada. Untuk perencanaan saluran irigasi yang mengangkut sedimen, aturan perencanaan yang tersedia baik adalah menjaga agar kapasitas angkutan sedimen per satuan debit masing ruas saluran di sebelah hilir setidak tidaknya konstan. Dengan menunjuk pada rumus angkutan sedimen Enstein- Brown dan Englund Hansen, maka kriteria ini akan mengacu kepada I √ h yang konstan.
Karena rumus-rumus ini dihubungkan dengan saluran yang relatif lebar, dianjurkan agar harga I√h bertambah besar kearah hilir guna mengkompesasi pengaruh yang ditimbulkan oleh kemiringan talud saluran. Ini menghasilkan kriteria bahwa I√R adalah konstan atau makin besar ke arah hilir.
Profil saluran yang didasarkan pada rumus Haringhuzen ( yang disadur dari teori regim sungai) kurang lebih mengikuti kriteria I√R konstan
Jika dikuti kriteria I√R konstan, sedimentasi terutama akan terjadi pada ruas hulu jaringan saluran. Biasanya jaringan saluran akan direncana dengan kantong lumpur di dekat bangunan pengambilan di sungai. Jika
semua persyaratan dipenuhi, bangunan ini akan memberikan harga I√ R untuk jaringan saluran hilir.
3.2.4. Erosi
Kecepatan maksimum yang diizinkan adalah kecepatan (rata-rata) maksimum yang tidak akan menyebabkan erosi di permukaan saluran.
Konsep itu didasarkan pada hasil riset yang diadakan oleh US Soil Conservation Service (USDA – SCS, Design of Open Chanenls, 1977) dan hanya memerlukan sedikit saja data lapangan seperti klasifikasi tanah (Unified System), indeks plastisitas dan angka pori.
Kecepatan maksimum yang dizinkan ditentukan dalam dua langkah : a) penetapan kecepatan dasar (vb) untuk lengkung saluran, berbagai
ketinggian air dan angka pori seperti tampak pada gambar 3.3.
Gambar III. 2 – Kecepatan-kecepatan dasar untuk tanah koheren
Gambar III. 3 – Faktor-faktor koreksi terhadap kecepatan dasar
𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑉𝑏 × 𝐴 × 𝐵 × 𝐶 Dimana:
Vb = kecepatan dasar, m/dt
A = faktor koreksi untuk angka pori permukaan saluran B = faktor koreksi untuk kedalaman air
C = faktor koreksi untuk lengkung
Dan kecepatan dasar yang diizinkan Vba = Vb x A
Kecepatan dasar dipengaruhi oleh konsentrasi bahan layang di dalam air.
Pada Gambar III.2 dibedakan adanya dua keadaan :
1) Air bebas sedimen dengan konsentrasi kurang dari 1000 ppm sedimen layang. Konsentrasi bahan-bahan yang melayang dianggap sangat rendah dan tidak berpengaruh terhadap stabilitas saluran.
2) Air sedimen dengan konsentrasi lebih dari 2000 ppm sedimen layang. Konsentrasi yang tinggi ini akan menambah kemantapan batas akibat tergantinya bahan yang terkikis atau tertutupnya saluran
Harga-harga Vb diperlihatkan pada Gambar III.2 untuk bahan-bahan tanah yang diklasifikasikan oleh “ Unified Soil Classification System “.
Kecepatan dasar untuk muatan sedimen antara 1000 dan 2000 ppm dapat diketemukan dengan interpolasi dari Gambar 3.2. Akan tetapi, perlu dicatat bahwa pada umumnya air irigasi digolongkan dalam “ aliran bebas sedimen” dalam kalsifikasi yang dipakai disini.
Faktor-faktor koreksi adalah :
- faktor koreksi tinggi air B pada Gambar 3.3 yang menunjukan bahwa saluran yang lebih dalam menyebabkan kecepatan yang relatif lebih rendah di sepanjang batas saluran.
- faktor koreksi lengkung C pada Gambar 3.3 yang merupakan kompensasi untuk gaya erosi aliran melingkar (spiral flow) yang disebabkan oleh lengkung-lengkung pada alur. Untuk saluran dengan lengkung-lengkung yang tajam, pemberian pasangan pada tanggul luar biasa lebih ekonomis dari pada menurunkan kecepatan rata-rata.
3.3. Potongan Melintang Saluran 3.3.1. Geometri
Untuk mengalirkan air dengan penampang basah sekecil mungkin, potongan melintang yang berbentuk setengah lingkaran adalah yang terbaik.
Usaha untuk mendapatkan bentuk yang ideal dari segi hidrolis dengan saluran tanah berbentuk trapezium, akan cenderung menghasilkan potongan melintang yang terlalu dalam atau sempit. Hanya pada saluran dengan debit rencana sampai 0,5 m3/dt saja yang potongan melintangnya dapat mendekati bentuk setengah lingkaran. Saluran dengan debit rencana yang tinggi pada umumnya lebar dan dangkal dengan perbandingan b/h (n) sampai 10 atau lebih.
Harga n yang tinggi untuk debit-debit yang lebih besar adalah perlu sebab jika tidak, kecepatan rencana akan melebihi batas kecepatan maksimum yang dizinkan. Lebih-lebih lagi, saluran yang lebih lebar mempunyai variasi muka air sedikit saja dengan debit yang berubah-ubah, dan atau pengikisan talud saluran tidak terlalu berakibat serius terhadap kapasitas debit. Dan karena ketinggiian air yang terbatas, kestabilan talud dapat diperoleh tanpa memerlukan bahu (berm) tambahan.
Kerugian utama dari saluran yang lebar dan dangkal adalah persyaratan pembebasan tanah dan penggaliannya lebih tinggi, dan dengan demikian biaya pelaksanaannya secara umum lebih mahal.
3.3.2. Kemiringan saluran
Untuk menekan biaya pembebasan tanah dan pengaliran, talud saluran direncana securam mungkin. Bahan tanah, kedalaman saluran dan terjadinya rembesan akan menentukan kemiringan maksimum untuk talud yang stabil.
Kemiringan galian minimum untuk berbagai bahan tanah disajikan pada Tabel 3.3 Harga-harga kemiringan untuk saluran yang dibuat dengan bahan-bahan kohesif yang dipadatkan dengan baik diberikan pada Tabel 3.4 dan Gambar III.4.
Tabel 3. 3 – Kemiringan minimum talut untuk berbagai bahan tanah Bahan Tanah Simbol Kisaran Kemiringan Batu
Gambut kenyal Lempung kenyal, geluh
Tanah lus
Lempung pasiran, tanah pasiran
Kohesif Pasir lanauan Gambut lunak.
Pt
VL,CH,MH
SC,SM SM
Pt
<0,25
1 - 2 1 - 2 1,5 – 2,5
2 - 3 3 - 4
Tabel 3. 4 kemiringan talud minimum untuk saluran yang dipadatkan dengan baik
Kedalaman air + tinggi jagaan D ( m)
Kemiringan minimum talud
D < 1,0 1,0 < D < 20
D > 2,0
1:1 1:1,5
1:2
Talud lebih landai daripada yang telah disebutkan dalam tabel diatas harus dipakai apabila diperkirakan akan terjadi rembesan kedalam saluran.
Untuk tanggul yang tingginya lebih dari 3m lebar bahu (berm) tanggul harus dibuat sekurang-kurangnya 1 m (setiap 3m). Bahu tanggul harus dibuat setinggi muka air rencana di saluran. Untuk kemiringan luar, bahu tanggul (jika perlu) harus terletak ditengah-tengah antara bagian atas dan pangkal tanggul.
3.3.3. Lengkung saluran
Lengkung yang dizinkan untuk saluran tanah bergantung kepada : a) ukuran dan kapasitas saluran
b) jenis tanah c) kecepatan aliran
Jari-jari minimum lengkung seperti yang diukur pada as harus diambil sekurang-kurangnya 8 kali lebar atas pada lebar permukaan air rencana.
Jika lengkung diberi pasangan, maka jari-jari minimumnya dapat dikurangi. Pasangan semacam ini sebaiknya dipertimbangkan apabila jari- jari lengkungan saluran tanpa pasangan terlalu besar untuk keadaan topografi setmpat. Panjang pasangan harus dibuat paling sedikit 4 kali kedalaman air pada tikungan saluran.
Jari-jari minimum untuk lengkung saluran yang diberi pasangan harus seperti berikut :
- 3 kali lebar permukaan air untuk saluran-saluran kecil ( < 0,6 m3/dt), dan sampai dengan.
- 7 kali lebar permukaan air untuk saluran- saluran yang besar (> 10 m3/dt).
3.3.4. Tinggi jagaan
Tinggi jagaan berguna untuk :
a) menaikkan muka air di atas tinggi muka air maksimum b) mencegah kerusakan tanggul saluran.
Meningginya muka air sampai di atas tinggi yang telah direncana bisa disebabkan oleh penutupan pintu secara tiba- tiba di sebelah hilir, variasi ini akan bertambah dengan membesarnya debit. Meningginya muka air dapat diakibatkan oleh pengaliran air buangan kedalam saluran.
Tinggi jagaan yang diberikan pada saluran primer dan sekunder dikaitkan dengan debit rencana saluran seperti yang diperlihatkan dalam Tabel 3.5 dan Gambar III.4
Tabel 3. 5 – Tinggi jagaan minimum untuk saluran tanah Q ( m3/dt) Tinggi Jagaan ( m )
< 0,5 0,5 – 1,5 1,5 – 5,0 5,0 – 10,0 10,0 – 15,0
> 15,0
0,40 0,50 0,60 0,75 0,85 1,00
3.3.5. Lebar tanggul
Untuk tujuan-tujuan eksploitasi, pemeliharaan dan inspeksi akan diperlukan tanggul di sepanjang saluran dengan lebar minimum seperti disajikan Tabel 3.6 Contoh-contoh potongan melintangnya diberikan pada Gambar III.4.
Tabel 3. 6 – Lebar minimum tanggul Debit rencana
(m3/dt)
Tanpa jalan inspeksi
(m)
Dengan jalan inspeksi
(m)
Q ≤ 1 1<Q5 5<Q ≤10 10<Q≤15 Q > 15
1,00 1,50 2,00 3,50 3,50
3,00 5,00 5,00 5,00
~ 5,00
Jalan inspeksi terletak di tepi saluran di sisi yang diairi agar bangunan sadap dapat dicapai secara langsung dan usaha penyadapan liar makin sulit dilakukan. Lebar jalan inspeksi dengan perkerasan adalah 5,0 m atau lebih, dengan lebar perkerasan sekurang-kurangnya 3,0 meter.
Untuk pertimbangan stabilitas tanggul, lebar tanggul yang diberikan pada Tabel 3,6 dan/atau talud luar dapat ditambah.
3.3.6. Batas pembebasan tanah (right of way)
Selain tanah yang disebarkan untuk pembuatan saluran dan tanah yang terletak di dalam batas-batas pembebasan (BPT) seperti ditunjukan pada gambar 3,4, adalah penting untuk melarang didirikannya bangunan atau dilakukan pengaliran dalam jarak 3 m dari BPT. Hal in dimaksudkan untuk menjaga keamanan dan stabilitas saluran.
Gambar III. 4 - Tipe-tipe potongan melintang saluran irigasi
3.4. Potongan Memanjang 3.4.1. Muka air yang diperlukan
Tinggi muka air yang diinginkan dalam jaringan utama didasarkan pada tinggi muka air uang diperlukan di sawah-sawah yang diairi.
Prosedurnya adalah pertama-tama menghitung tinggi muka air yang diperlukan di bangunan sadap tresier. Lalu seluruh kehilangan di saluran kuarter dan tresier serta bangunan dijumlahkan menjadi tinggi muka air di sawah yang diperlukan dalam petak trsier.
Ketinggian ini ditambah lagi dengan kehilangan tinggi energi di bangunan sadap tresier dan longgaran (persediaan) untuk variasi muka air akibat eksploitasi jaringan utama pada tinggi muka air parsial (sebagian). Gambar III.5 berikut memberikan ilustrasi mengenai cara perhitungannya.
Gambar III. 5 – Tinggi bangunan sadap tersier yang diperlukan
P = A + a + b + c + d + e + f + g + ∆h + Z dimana :
P = Muka air di saluran sekunder A = Elevasi tertinggi di sawah a = Lapisan air di sawah = 10 cm
b = Kehilangan tinggi energi di saluran kuarter kesawah ~ 5 cm c = Kehilangan tinggi energi di boks bagi kuarter ~ 5 cm/boks
d = Kehilangan tinggi energi selama pengaliran di saluran irigasi, I x L e = Kehilangan tinggi energi di boks bagi tersier, ~ 10 cm
f = Kehilangan tinggi energi di gorong-gorong ~ 5 cm
g = Kehilangan tinggi energi di bangunan sadap tersier
∆h = Variasi tinggi muka air, h100 (h100 = kedalaman air pada muka air normal 100
Z = Kehilangan tinggi energi di bangunan-bangunan yang lain.
Apabila prosedur ini menyebabkan muka air jaringan utama naik di atas muka tanah, maka pengurangan tinggi muka air tresier dapat dipertimbangkan. Situasi demikian dapat terjadi pada topografi yang sangat datar dimana kehilangan tinggi energi yang terjadi pada bangunan- bangunan di petak tresier dapat menambah tinggi muka air yang diperlukan di jaringan utama jauh di atas muka tanah. Dalam hal-hal seperti itu jaringan tresier harus dibenahi kembali dan kalau mungkin kehilangan tinggi energi harus diperkecil; sebagian daerah mungkin terpaksa tidak diairi.
Eksploitasi muka air parsial sangat umum terjadi di jaringan irigasi di Indonesia. Kebutuhan air irigasi pada debit rencana berlangsung sebentar saja di musim tanam pada harga rencana maksimum. Di samping itu, tersediannya air di sungai tidak akan selamanya cukup untuk mengeksploitasi jaringan pada debit rencana.
Longgaran untuk variasi muka air tanah ∆h ditetapkan: 0,18 h100 (0,18 x kedalama n air rencana) 0,82 h100 adalah kedalaman air perkiraan pada persen dari Qrencana.
3.4.2. Kemiringan memanjang
Kemiringan memanjang ditentukan terutama oleh keadaan topografi, kemiringan saluran akan sebanyak mungkin mengikuti garis muka air tanah pada trase yang dipilih. Kemiringan memanjang saluran mempunyai harga maksimum dan minimum. Usaha pencegahan terjadinya sedimentasi memerlukan kemiringan memanjang yang minimum. Untuk mencegah terjadinya erosi, kecepatan maksimum aliran harus dibatasi.
a) Kemiringan minimum
Sebagaimana telah dibicarakan dalam subsubbab 3.2.3, untuk mencegah sedimentasi harga I√R hendaknya diperbesar kearah hilir.
Dalam praktek perencanaan kriteria ini tidak sulit untuk dikuti. Pada umumnya kemiringan tanah bertambah besar kearah hilir, demikian pula I√R bahkan apabila harga √ R berkurang pada waktu saluran mengecil.
b) Kemiringan maksimum
Bilamana kondisi tanah pada trase sudah diketahui, maka kecepatan dasar yang dizinkan vba untuk mencegah erosi dapat ditentukan bagi ruas saluran, sebagaimana telah dibicarakan dalam subsubbab 3.2.4. Perlu dicatat bahwa kecepatan rencana yang biasanya diambil untuk tanah- tanah kohesif, pada umumnya lebih rendah daripada kecepatan maksimumnya yang diizinkan untuk tanah ini. Erosi pada saluran irigasi jarang sekali.
c) Perencanaan kemiringan saluran
Untuk kemiringan saluran, akan dipakai Gambar 3.7. Dalam grafik ini tiap titik dengan debit rencana Q dan kemiringan saluran I merupakan potongan melintang saluran dengan v, h , b, R, m dan k. Untuk tiap titik, akan dihitung harga I√R dan kecepatan dasar rencana vbd ( kecepatan rencana yang sesungguhnya dikonversi menjadi kecepatan untuk saluran yang dalamnya 1 m dengan gambar 3.3.b). Selanjutnya garis- garis I√R konstan dan kecepatan dasar rencana vbd diplot pada grafik Harga-harga m, n dan k untuk potongan melintang diambil dari subbab 3.2 dan 3.3 pada modul ini.
Dalam perencanaan saluran, sebaiknya diikuti langkah-langkah berikut :
1) Tentukan debit rencana serta kemiringan yang terbaik untuk tiap ruas saluran berdasarkan kemiringan medan yang ada dan elevasi bangunan setiap tresier yang diperlukan.
2) Plotlah data Q – I untuk masing-masing ruas saluran sekunder.
3) Tentukan harga kecepatan dasar yang diizinkan vba bagi setiap ruas saluran berdasarkan kondisi tanah dengan Gambar 3.2.b dan 3.3.a
4) Cek apakah garis I √ R semakin bertambah besar kearah hilir 5) Cek apakah kecepatan dasar rencana bvd tidak melampaui
kecepatan dasar yang dizinkan vba.
6) Jika pada langkah 4 dan 5 tidak dijumpai masalah apapun, maka perencanaan saluran akan diselesaikan dengan harga-harga kemiringan yang dipilih dari langkah 1.
Dalam prosedur perencanaan saluran dapat timbul kesulitan- kesulitan berikut :
- Kemiringan medan yang curam.
Kecepatan dasar rencana vbd dengan kemiringan medan yang ada mungkin melampaui batas kecepatan dasar yagn dizinkan vbd.
Guna mengurangi kecepatan rencana, kemiringan saluran akan diambil lebih landai daripada bangunan terjun. Gambar 3.6 akan dipergunakan untuk memilih kemiringan rencana saluran.
- Kemiringan minimum saluran primer garis tinggi
Kemiringan minimum yang benar-benar tepat untuk jaringan irigasi yang menyangkut sedimen halus, sangat sedikit. Disamping itu, data statistik tentang sedimen sering kurang memadai. Harga I√R yang dipakai untuk saluran primer harus lebih besar dari harga I√R kantong lumpur dalam keadaan penuh.
- Saluran sekunder dengan kemiringan medan kecil.
Untuk saluran sekunder demikian, harga I√R sebaiknya paling tidak sama dengan harga I√R ruas saluran sebelah hulu. Hal ini mangacu pada dibuatnya bagian hulu saluran sekunder dalam timbunan agar kemiringan bertambah.
3.5. Latihan
1. Jelaskan terjadinya sedimentasi (pengendapan) di dalam saluran!
2. Jelaskan dengan singkat tiga keadaan yang harus dibedakan
sehubungan dengan terdaoatnya sedimen dalam air irigasi dan bahan tanggul!
3. Jelaskan fungsi dari tinggi jagaan!
3.6. Rangkuman
Untuk pengaliran air irigasi, saluran berpenampang trapezium tanpa pasangan adalah bangunan pembawa yang paling umum dipakai dan ekonomis. Perencanaan saluran harus memberikan penyelesaian biaya pelaksanaan dan pemeliharaan yang paling rendah. Erosi dan sedimentasi disetiap potongan melintang harus minimal dan berimbang sepanjang tahun. Ruas-ruas saluran harus mantap.
BAB IV
SALURAN PASANGAN
Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan saluran pasangan
4.1. Kegunaan Saluran Pasangan
Saluran pasangan (lining) dimaksudkan untuk : a) Mencegah kehilangan air akibat rembesan b) Mencegah gerusan dan erosi
c) Mencegah merajalelanya tumbuhan air d) Mengurangi biaya pemeliharaan
e) Memberikan kelonggaran untuk lengkung yang lebih besar f) Tanah yang dibebaskan lebih kecil.
Tanda-tanda adanya kemungkinan terjadinya perembesan dalam jumlah besar dapat dilihat dari peta tanah. Penyelidikan tanah dengan cara pemboran dan penggalian sumuran uji di alur saluran akan lebih banyak memberikan informasi mengenai kemungkinan terjadinya rembesan.
Pasangan mungkin hanya diperlukan untuk ruas-ruas saluran yang panjangnya terbatas.
Besarnya rembesan dapat dihitung dengan rumus Moritz ( USBR )
𝑆 = 0,035 𝐶 √𝑄
⁄𝑉 Dimana :
S = kehilangan akibat rembesan, m3/dt per km panjang saluran Q = debit, m3/dt
V = kecepatan, m/dt
C = korfisien tanah rembesan, m/hari.
0,035 = faktor konstanta, m/km.
Harga-harga C dapat diambil seperti pada Tabel 4.1.
Tabel 4. 1 – Harga-harga koefisien tanah rembesan C
Jenis tanah Harga, C m / hari
Kerikil sementasi dan lapisan penahan (hardpan) dengan geluh pasiran.
Lempung dan geluh lempungan Geluh pasiran
Abu volkanik atau lempung
Pasir dan abu volkanik atau lempung Lempung pasiran dengan batu Batu pasiran dan kerikilan.
0,10 0,12 0,20 0,21 0,3 7 0, 51 0, 67
Kemiringan medan mungkin sedimikian sehingga kecepatan aliran yang dihasilkan melebihi kecepatan maksimum yang dizinkan untuk bahan tanah.
Biaya pembuatan pasangan saluran hendaknya dusahakan murah. Jika hal ini tidak mngkin, maka lebih baik talud saluran dibuat lebih landai dan dilengkapi dengan bangunan terjun.
4.2. Jenis-jenis Pasangan
Banyak bahan yang tidak dapat dipakai untuk pasangan saluran ( lihat FAO Kraataz, 1997). Tetapi pada prakteknya di Indonesia hanya ada tiga bahan yang dianjurkan pemakaiannya :
a) pasangan batu b) beton, dan c) tanah.
Pembuatan pasangan dari bahan-bahan lain tidak dianjurkan, dengan alasan sulitnya memperoleh persediaan bahan, teknik pelaksanaan yang lebih rumit dan lelemahan-kelemahan bahan itu sendiri.
Pasangan batu dan beton lebih cocok untuk semua keperluan, kecuali untuk perbaikan stabilitas tanggul. Pasangan tanah hanya cocok untuk pengendalian dan perbaikan stabilitas tanggul.
Tersediannya bahan di dekat pelaksanaan konstruksi merupakan faktor yang penting dalam pemilihan jenis pasangan. Jika bahan batu tersedia, maka pada umumnya dianjurkan pemakaian pasangan batu. Pasangan dari bata merah mungkin bisa juga dipakai.
Aliran yang masuk ke dalam retak pasangan dengan kecepatan tinggi dapat mengeluarkan bahan-bahan pasangan tersebut. Kecepatan maksimum dibatasi dengan berat pasangan harus memadai untuk mengimbangi gaya tekan keatas. Tebal minimum untuk pasangan batu diambil 30 cm. Untuk beton tumbuk tebalnya paling tidak 8 cm, untuk saluran kecil yang dikostruksi dengan baik ( sampai dengan 6 m/dt), dan 10 cm untuk saluran yang lebih besar.
Tebal minmum pasangan beton brtulang adalah 7 cm. Untuk pasangan semen tanah atau semen tanah yang dipadatkan, tebal minimum diambil 10 cm untuk saluran kecil dan 15 cm untuk saluran yang lebih besar.
Tebal pasangan tanah diambil 60 cm untuk dasar saluran dan 75 cm untuk talud saluran.
Stabilitas pasangan permukaan keras hendaknya dicek untuk mengetahui tekanan air tanah dibalik pasangan. Jika stabilitas pasangan terganggu (pembuang), maka sebaiknya dipetimbangkan untuk membuat konstruksi pembebas tekanan( lubang).
Pasangan campuran (kombinasi) seperti yang ditunjukan pada gambar 4.1 dapat dipakai juga. Pemilihan jenis pasangan akan bergantung kepada kondisi dan bahan yang tersedia.
Gambar IV. 1 – Tipe-tipe pasangan 4.3. Perencanaan Hidrolis
4.3.1. Kecepatan maksimum
Kecepatan-kecepatan maksimum untuk aliran subkritis berikut ini dianjurkan pemakaiannya :
Pasangan batu : 2 m /dt
Pasangan beton : 3 m/dt
Pasangan tanah : kecepatan maksimum yang diizinkan.
Kecepatan maksimum yang diizinkan juga akan menentukan kecepatan rencana untuk dasar saluran tanah dengan pasangan campuran. Prosedur perencanaan saluran untuk saluran dengan pasangan tanah adalah sama dengan prosedur perencanaan saluran tanah seperti yang dibicarakan dalam Bab III.
Perhitungan bilangan Frode adalah penting apabila dipertimbangkan pemakaian kecepatan aliran dan kemiringan saluran yang tinggi. Untuk aliran yang stabil, bilangan Froude harus kurang dari 0,55 untuk aliran yang subkritis, atau lebih dari 1,4 untuk aliran superkritis.
Saluran dengan bilangan Froude antara 0,55 dan 1,4 dapat memiliki pola aliran dengan gelombang tegak (muka air gelombang, yang akan merusak kemiringan talud). Harga-harga k untuk saluran ini dapat menyimpang sampai 20 persen dari harga anggapan yang meyebabkan bilangan Froude memdekati satu. Oleh karena itu kisaran 0,55 – 1,4 adalah relatif lebar.
Untuk perencanaan saluran dengan kemiringan medan yang teratur, seperti yang dibahas dalam Bab III, bilangan Froude akan kurang dari 0,3 dan dengan demikian dibawah 0,55.
Apabila terjadi aliran superkritis, bangunan diperhitungkan sebagai got miring.
4.3.2. Koefisien kekasaran
Koefisien kekasaran Strickler k (m1/3 / dt) yang dianjurkan pemakaiannya adalah :
pasangan batu 60
pasangan beton 70
pasangan tanah 35 – 45
Harga-harga untuk pasangan keras hanya akan dicapai jika pasangan itu dikonstruksi dengan baik.
Harga-harga untuk pasangan tanah mirip harga-harga untuk saluran tanah dengan variasi-variasi seperti yang dibicarakan dalam subbab 3.2.
Untuk potongan dengan kombinasi berbagai macam bahan pasangan, kekasaran masing-masing permukaan akan berbeda-beda (bervariasi).
Koefisien kekasaran campuran dihitung dengan rumus berikut : 𝑘 = 𝑃2⁄3 (∑ 𝑃𝑖
𝑘1,5
𝑛
1
)
−2 3⁄
dimana :
k = koefisien kekasaran Strickler untuk potongan melintang, m1/3/dt P = keliling basah, m
Pi = keliling basah bagian i dari potongan melintang, m 1/3/dt.
ki = koefisien kekasaran bagian i dari potongan melintang, m 1/3/dt
4.3.3. Perencanaan untuk aliran subkritis
Perencanaan hidrolis mengikuti prosedur yang sama seperti pada perencanaan saluran tanpa pasangan yang dibicarakan dalam Bab III.
Saluran pasangan batu dan beton mempunyai koefisien Strickler yang lebih tinggi. Akibatnya potongan melintang untuk saluran-saluran tanpa
pasangan ini akan lebih kecil daripada potongan melintang untuk saluran tanah dengan kapasitas debit yang sama.
Ruas saluran pasangan direncana menurut kriteria angkutan sedimen, dan dengan demikian mengikuti I√R konstan, kedalaman air untuk saluran pasangan sama dengan kedalaman air saluran tanpa pasangan seperti yang dibicarakan dalam Bab III. Lebar dasar lebih kecil daripada lebar dasar untuk saluran tanpa pasangan, karena harga koefisien Strickler yang lebih tinggi pada saluran pasangan.
Untuk saluran pasangan, kemiringan talud bisa dibuat lebih curam. Untuk saluran yang lebih kecil ( h < 0,40m) kemiringan talud dibuat vertikal.
Saluran besar mungkin juga mempunyai kemiringan talud yang tegak dan direncanakan sebagai flum.
Untuk saluran yang lebih besar, kemiringan samping minimum 1 : 1 untuk h sampai dengan 0,75 m. Untuk saluran yang lebih besar, harga-harga kemiringan talut pada table 4.2 dianjurkan pemakaiannya.
Tabel 4. 2 - Harga-harga kemiringan talud untuk saluran pasangan
Jenis tanah h <0,75 m 0,75 m < h<1,5m
Lempung pasiran, Tanah pasiran kohesif Tanah pasiran lepas
Geluh pasiran, lempung berpori Tanah gambut lunak
1 1 1 1,25 1 1,5 1,25 1,5
Khusunya saluran-saluran yang lebih besar, stabilitas talud yang diberi pasangan harus diperiksa agar tidak terjadi gelincir dan sebagainya.Tekanan air dari belakang pasangan merupakan faktor penting dalam keseimbangan ini.
4.3.4. Lengkung saluran
Jari-jari minimum lengkung untuk saluran pasangan diambil tiga kali lebar permukaan air. Jika dibutuhkan tikungan yang lebih tajam, maka mungkin diperlukan kincir pengarah (guide vane) agar sebaran aliran di ujung tikungan itu lebih merata. Kehilangan tinggi energi tambahan juga harus diperhitungkan.
4.3.5. Tinggi jagaan
Harga-harga minimum untuk tinggi jagaan adalah seperti yang disajikan pada Tabel 4.3. Harga-harga tersebut diambil dari USBR. Tabel ini juga menunjukkan tinggi jagaan tanggul tanah yang sama dengan tanggul saluran tanah tanpa pasangan.
Tabel 4. 3 – Tinggi jagaan untuk saluran pasangan Debit
m3 / dt
Tanggul ( F ) m
Pasangan ( F1) m
< 0,5 0,5 – 1,5 1,5 – 5,0 0,5 – 10,0 10,0 – 15, 0
> 15,0
0,40 0,50 0,60 0,75 0,85 1,00
0,20 0,20 0,25 0,30 0,40 0,50
4.4. Latihan
1. Jelaskan fungsi dari saluran pasangan
2. Jelaskan dengan singkat perhitungan saluran dengan bilangan Frode!
4.5. Rangkuman
Pembuatan pasangan dari bahan-bahan lain tidak dianjurkan, dengan alasan sulitnya memperoleh persediaan bahan, teknik pelaksanaan yang lebih rumit dan lelemahan-kelemahan bahan itu sendiri. Tersediannya
bahan di dekat pelaksanaan konstruksi merupakan faktor yang penting dalam pemilihan jenis pasangan. Jika bahan batu tersedia, maka pada umumnya dianjurkan pemakaian pasangan batu. Pasangan dari bata merah mungkin bisa juga dipakai.
BAB V
TEROWONGAN DAN SALURAN TERTUTUP
Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan terowongan dan saluran tertutup
5.1. Pemakaian
Pemakaian terowongan dianjurkan apabila trase saluran akan mengakibatkan potongan melintang berada jauh di dalam galian.
Saluran tertutup (juga disebut saluran gali-timbun) merupakan pemecahan yang dianjurkan pada bahan tanah di mana penggalian talud yang dalam sangat mungkin menyebabkan terjadinya longsoran.
Saluran tertutup di sepanjang tepi sungai tinggi muka air saluran di bawah tinggi muka banjir sering dijumpai. Pembuang silang kedalam saluran bawah tanah mungkin juga membutuhkan sebuah saluran tertutup.
Kriteria-kriteria penting untuk terowongan dan saluran tertutup adalah : a) Topografi
Trase saluran terpendek mungkin melintasi dataran/tanah tinggi atau daerah tinggi atau daerah berbukit-bukit. Dalam hal ini akan dipertimbangkan penggalian yang dalam atau pembuatan terowongan sebagai alternative dari pembuatan trase yang panjang dengan tinggi muka tanah yang lebih rendah.
Biaya pembuatan saluran juga akan dibandingkan dengan biaya permeter untuk pembuatan terwongan atau saluran tertutup.
b) Geologi
Tipe serta kualitas dan bantuan penutup mempengaruhi cara pelaksanaan dan biayanya. Dibutuhkan keterangan mengenai tanah dan batuan pada trase yang dipertimbangkan, guna mengevaluasi
alternatif perencanaan . Khususnya untuk alternatif terwongan, perencanaan akan mencakup biaya/perbandingan berdasarkan hasil- hasil penyelidikan geologi tekniik pendahuluan. Langkah berikutnya yang harus diambil adalah penyelidikan detail dan studi tentang alternatif yang dipilih.
c) Kedalaman galian
Pada umunya, galian sedalam 10 m akan mengacu pada dibuatnya terwongan segai cara pemecahan paling efektif. Panjang total terwongan serta kondisi geologi teknik dapat sedikit mempengaruhi angka penutup 10 m tersebut.
d) Air (tanah)
Aspek-aspek berikut harus diperhatikan :
Tekanan total dalam trase akan memerlukan pasangan yang cukup kuat di sepanjang bangunan dan hal ini secara langsung menambah biaya pelaksanaan
Air yang membawa partikel-partikel tanah bisa mempersulit palaksanaan terwongan.
Aliran air di permukaan dapat mempersulit pelaksanaan penggalian dan penimbunan saluran.
5.2. Bentuk dan Kriteria Hidrolis 5.2.1. Terowongan
a) Kondisi aliran
Terwongan yang dipakai dalam jaringan irigasi akan direncana sebagai aliran bebas (sebagian penuh). Perbedaan tinggi energi yang berlebihan pada as untuk memperhitungkan tekanan terwongan jarang ada.
